【文章內容簡介】 222222LSB LSB SSSSS222這是12位轉化后得到的16位數據，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中。二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，；如果溫度小于0，這5位為1。 DS18B20的測溫原理DS18B20的測溫原理用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器1，高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數器2的脈沖輸入，當計數門打開時，DS18B20就對低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖后進行計數，進而完成溫度測量。計數門的開啟時間由高溫度系數振蕩器來決定,每次測量前,首先將55℃所對應的基數分別置入減法計數器1和溫度寄存器中,減法計數器1和溫度寄存器被預置在55℃ 所對應的一個基數值。減法計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數,當減法計數器1的預置值減到0時溫度寄存器的值將加1,減法計數器1的預置將重新被裝入,減法計數器1重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數,如此循環(huán)直到減法計數器2計數到0時,停止溫度寄存器值的累加,此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度,由于它內部的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數器的預置值,只要計數門仍未關閉就重復上述過程,直至溫度寄存器值達到被測溫度值[1]。斜率累加器預置減法計數器1計數比較器預置減到零溫度寄存器減到零減法計數器2高溫度系數振蕩器低溫度系數振蕩器設置/清除最低有效位增加停止 內部測溫電路圖 DS18B20的指令集操作ROM的指令共有5條，均為單字節(jié)指令，： ROM操作16進制指令指令代碼 指令說明55 指定匹配芯片指令CC 跳過ROM匹配指令F0 搜索芯片指令EC 報警芯片搜索33 讀ROM指令，器件收到這個指令后就把64位ID碼傳送給主機操作芯片的RAM、E2PROM指令共有6條，均為單字節(jié)指令，： RAM、E2PROM操作16進制指令指令代碼 指令說明44 溫度轉換指令，并把轉換后的數據存放在RAM的BB2的兩個字節(jié)里BE 讀取溫度指令，器件收到這個指令后把BB2兩個字節(jié)的數據傳送給主機4E 改寫RAM的BBB5的數據，主機發(fā)這個指令后再分別發(fā)送相應的數據48 器件收到這個指令后就將BBB5的數據寫到E2PROMB8 器件收到這個指令后就把EEPROM的高H、低L溫度報警值寫到進BB4B4 器件收到這個指令后就返回0或者1給主機，0為寄生電源，1為外部電源 DS18B20與單片機的接口電路，其中DS18B20工作在外部電源供電方式。 DS18B20與AT89C51單片機的接口電路 按鍵輸入在按鍵模塊電路中有4個按鍵，K1是復位按鈕，K2是溫度上調按鈕, K3是溫度下調按鈕, K4是輸入數據確認按鈕,當數據輸入完畢后按該按鈕進行確認。圖 圖 按鍵與單片機的硬件連接 固態(tài)繼電器SSR工作原理本系統(tǒng)采用固態(tài)繼電器進行控制,它的控制原理是：固態(tài)繼電器只有兩個輸入端(“+”和“”)及兩個輸出端，是一種四端器件。工作時只要在“+”、“”上加上一定的控制信號，就可以控制輸出兩端之間的“通”和“斷”，實現(xiàn)“開關”的功能，其中耦合電路的功能是為“+”、“”端輸入的控制信號提供一個輸入/輸出端之間的通道，但又在電氣上斷開SSR中輸入端和輸出端之間的(電)聯(lián)系，以防止輸出端對輸入端的影響，耦合電路用的元件是“光耦合器”，它動作靈敏、響應速度高、輸入/輸出端間的絕緣(耐壓)等級高；由于輸入端的負載是發(fā)光二極管，這使固態(tài)繼電器的輸入端很容易做到與輸入信號電平相匹配，在使用可直接與計算機輸出接口相接，即受“1”與“0”的邏輯電平控制。觸發(fā)電路的功能是產生合乎要求的觸發(fā)信號，驅動開關電路工作，但由于開關電路在不加特殊控制電路時，將產生射頻干擾并以高次諧波或尖峰等污染電網，為此特設“過零控制電路”[5]。所謂“過零”是指，當加入控制信號，交流電壓過零時，固態(tài)繼電器即為通態(tài)；而當斷開控制信號后，固態(tài)繼電器要等待交流電的正半周與負半周的交界點(零電位)時，固態(tài)繼電器才為斷態(tài)。這種設計能防止高次諧波的干擾和對電網的污染。吸收電路是為防止從電源中傳來的尖峰、浪涌(電壓)對開關器件雙向可控硅管的沖擊和干擾(甚至誤動作)而設計的，一般是用“RC”串聯(lián)吸收電路或非線性電阻(壓敏電阻器)。下圖為一種典型的交流型SSR的電路原理圖[3]。 繼電器內部結構圖 固態(tài)繼電器SSR的特點（1）SSR成功地實現(xiàn)了弱信號(Vsr)對強電(輸出端負載電壓)的控制。由于光耦合器的應用，使控制信號所需的功率極低(約十余毫瓦就可正常工作)，而且Vsr所需的工作電平與TTL、HTL、CMOS等常用集成電路兼容，可以實現(xiàn)直接聯(lián)接；（2）SSR由于是全固態(tài)電子元件組成，與MER相比，它沒有任何可動的機械部件，工作中也沒有任何機械動作；SSR由電路的工作狀態(tài)變換實現(xiàn)“通”和“斷”的開關功能，沒有電接觸點，所以它有一系列MER不具備的優(yōu)點，即工作高可靠、長壽命(有資料表明SSR的開關次數可達108109次，比一般的MER器件高幾百倍)，無動作噪聲；耐振耐機械沖擊，安裝位置無限制，很容易用絕緣防水材料灌封做成全密封形式，而且具有良好的防潮防霉防腐性能，在防爆和防止臭氧污染方面的性能也極佳；（3）交流型SSR由于采用過零觸發(fā)技術，因而可以使SSR安全地用在計算機輸出接口上，不必為在接口上采用MER而產生的一系列對計算機的干擾而煩惱；（4）SSR能承受在數值上可達額定電流十倍左右的浪涌電流的特點。 繼電器控制電路圖下圖是一個控制電阻絲加熱的電路圖，,當繼電器的開關閉合時，晶閘管的門極觸發(fā)電路導通，即晶閘管導通，220V的交流電壓直接加在加熱裝置上進行全加熱。用單片機驅動LED數碼管有很多方法，按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和動態(tài)（掃描）顯示，按譯碼方式可分硬件譯碼和軟件譯碼之分。靜態(tài)顯示數據穩(wěn)定，使用的硬件較多。動態(tài)顯示需要CPU時刻對顯示器件進行數據刷新，顯示數據有閃爍感，占用的CPU時間多。這兩種顯示方式各有利弊：靜態(tài)顯示雖然數據穩(wěn)定，占用很少的CPU時間，但每個顯示單元都需要單獨的顯示驅動電路，動態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的CPU時間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。使用單片機系統(tǒng)串行輸出，利用其串/并轉換功能，送入數碼管顯示?；镜陌雽w數碼管是有7個條狀發(fā)光二極芯片排列而成的，也稱為七段數碼顯示器，可實現(xiàn)0～A～F以及H、P的顯示。從各發(fā)光電極連接方式分為共陽極和共陰極兩種。共陽極是指筆畫顯示器各段發(fā)光管的陽極（即P區(qū)）是公共的，而陰極互相隔離。共陰極型是筆畫顯示器各段發(fā)光管的陰極（即N區(qū)）是公共的，而陽極是互相隔離的，共陰極LED數碼管的a～g及小數點位dp八個發(fā)光二極管加陽極加高電平（“1”）發(fā)亮，加低電平（“0”）發(fā)暗，而共陽極的LED的數碼管的a～g及小數點位dp八個發(fā)光二極管正好相反。 數碼管的共陽極電路圖本電路采用共陽極數碼管LG5641A進行動態(tài)顯示，LG5641A具有四位數碼管，這四個數碼管的段選a、b、c、d、e、f、g分別接在一起，每一個都擁有一個共陽的位選端，通過動態(tài)顯示可輪流顯示設置溫度與測量溫度，這有利于節(jié)省I/O口。～，～，數據線和位選線直接接AT89C51單片機的I/O口即可，因為I/O口輸出電流很小并且加上了上拉電阻,這樣可以對LED進行驅動，它的電壓值足以驅動LED。本設計就是采用動態(tài)顯示電路。 動態(tài)顯示電路R12到19的計算公式: ()/R10mA, 計算R270W,所以取R12到R19為300W。R4到R11的計算公式:R=()/(20/b)， R=()\1=,220電阻的計算10MA（）\R 20mA 135 R270所以R取220第4章恒溫控制系用軟件設計對單片機控制的軟件設計是系統(tǒng)設計任務中的重點和難點。因此，本章在建立系統(tǒng)各部分軟件流程的基礎上，設計了各部分的軟件控制流程。由于系統(tǒng)的操作過程和工作過程在程序設計的過程中起著很重要的指導作用，因此在軟件設計之前應分析加熱爐的工作流程。此次設計的恒溫水箱主要用于醫(yī)療衛(wèi)生、科研、大專院校、實驗室等領域，它可用于蒸餾、干燥、濃縮及恒溫加熱化學藥品、生物制品檢查血漬和生物實驗恒溫培養(yǎng)進行消毒之用。因此，系統(tǒng)默認預定溫度為60℃，設置這個溫度值既可以起到殺菌消毒的作用又可以有效減少能源的消耗，達到最優(yōu)的溫度控制效果，同時它也可以用設定鍵來改變其預設溫度值。當上電復位后電阻絲先處于停止加熱狀態(tài)，但也可以直接啟動運行。運行過程中，系統(tǒng)不斷檢測當前溫度，并送往顯示器顯示，達到預定值后停止加熱；當溫度下降到下限（比預定值低5℃）時再啟動加熱。這樣不斷地重復上述過程，使溫度保持在預定溫度范圍之內。運行過程中也可以隨時改變設定溫度，溫度設定好后隨即生效，系統(tǒng)按新的設定溫度運行。系統(tǒng)軟件由主程序、鍵盤輸入子程序、設定溫度子程序、溫度檢測子程序、溫度控制子程序和顯示子程序組成。主程序完成系統(tǒng)的初始化，調用溫度模塊程序,對其預置值及其合法性進行檢查，預置溫度的顯示,調用鍵盤掃描模塊等。若正常執(zhí)行完三個子程序，則返回初始化進入到其它的狀態(tài)。 開 中 斷調用溫度傳感器數據采集子程序調用鍵盤掃描處理子程序調用顯示子程序關 中 斷開 始初 始 化 主程序流程圖根據DS18B20的通訊協(xié)議，單片機控制DS18B20完成溫度轉換必須經過三個步驟：每次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后再發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求單片機將數據線下拉500us，然后釋放，DS18B20收到信號后等待16～60us左右，再發(fā)出60～240us的存在低脈沖，CPU收到此信號表示復位成功。本系統(tǒng)對DS18B20的操作分為3個步驟：初始化、ROM命令和DS18B20功能命令。單片機要與DS18B2